SỰ HẤP THU CÁC CHẤT DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT – PHẦN 1

Để tồn tại, sinh trưởng và phát triển, tế bào vi sinh vật phải thường xuyên trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường bên ngoài. Một mặt chúng tiếp nhận các chất dinh dưỡng từ môi trường, mặt khác chúng thải ra môi trường một số sản phẩm trao đổi chất. Tế bào vi sinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng bắt đầu từ việc hấp thu chúng. Cơ chế của sự hấp thu này có tính chuyên hóa, nói cách khác chúng chỉ hấp thu các chất cần thiết, việc hấp thu các chất...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
SỰ HẤP THU CÁC CHẤT DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT – PHẦN 1 SỰ HẤP THU CÁC CHẤT DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT – PHẦN 1 Để tồn tại, sinh trưởng và phát triển, tế bào vi sinh vật phải thường xuyên trao đổi vậtchất và năng lượng với môi trường bên ngoài. Một mặt chúng tiếp nhận các chất dinh dưỡngtừ môi trường, mặt khác chúng thải ra môi trường một số sản phẩm trao đổi chất. Tế bào visinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng bắt đầu từ việc hấp thu chúng. Cơ chế của sự hấp thunày có tính chuyên hóa, nói cách khác chúng chỉ hấp thu các chất cần thiết, việc hấp thu cácchất không sử dụng được là bất lợi đối với tế bào. Vi sinh vật thường sống trong các môitrường nghèo chất dinh dưỡng, do đó chúng phải có năng lực vận chuyển chất dinh dưỡngtừ môi trường có nồng độ thấp vào môi trường có nồng độ cao bên trong tế bào, tức làngược lại với gradient nồng độ. Như thế là giữa trong và ngoài tế bào có một hàng rào thẩmthấu, đó là màng sinh chất có tính thẩm thấu chọn lọc. Chúng cho phép các chất dinh dưỡngxâm nhập vào tế bào và cản trở các chất khác. Do tính đa dạng và phức tạp của các chấtdinh dưỡng nên vi sinh vật có nhiều phương thức khác nhau để vận chuyển các chất dinhdưỡng. Quan trọng nhất là cách Khuếch tán xúc tiến (Facilitated diffusion), cách Vậnchuyển chủ động (Active transport) và cách Chuyển vị nhóm (Group translocation). Ở cácvi sinh vật có nhân thật không thấy có cách Chuyển vị nhóm nhưng có cách sử dụng quátrình Nhập bào (Endocytosis).Cấu tạo của màng sinh chất được biểu thị qua hình 13.6 sauđây:Hình 13.6: Cấu trúc của màng sinh chất (Theo sách của Prescott, Harley và Klein). Sự khuếch tán xúc tiến (Facilitated Diffusion) Một số ít các chất, như glycerol, có thể đi qua màng tế bào chất theo phương thứcKhuyếch tán bị động (Passive diffusion). Khuyếch tán bị động còn được gọi tắt là Khuyếchtán, đó là việc các chất dinh đưỡng chuyển từ chỗ có nồng độ cao đến chỗ có nồng độ thấp.Khuyếch tán bị động muốn làm cho tế bào hấp thụ có hiệu quả một số chất dinh d ưỡng cầncó nồng độ chất này bên ngoài tế bào cao hơn bên trong. Tốc độ hấp thu tùy theo lúc tế bàotăng lượng hấp thu chất này mà giảm xuống. Trừ phi loại chất dinh dưỡng này sau khi xâmnhập tế bào lập tức được sử dụng và không làm nâng cao nồng độ chất đó trong tế bào. Chỉcó nước (H2O), O2 và CO2, là những phân tử rất nhỏ mới thường được vận chuyển qua màngbằng phương thức khuếch tấn bị động. Các phân tử tương đối lớn hơn, các ion và các chấtcó tính cực (polar substances) khó có thể đi qua màng sinh chất băng phương thức khuếchtán bị động.Hình 13.7: Khuếch tán bị động (đường thẳng) và khuếch tán xúc tiến (đường cong)(Theo sách của Prescott, Harley và Klein). Protein mang (carrier protein) còn gọi là enzim permease là một loại protein gắn trênmàng. Với sự hỗ trợ của permease có thể nâng cao rất nhiều tốc độ khuếch tán qua màng cótính thẩm thấu chọn lọc. Phương thức vận chuyển qua màng với sự hỗ trợ của permeaseđược gọi là sự khuếch tán xúc tiến (facilitated diffusion). Tốc độ của quá trình khuếch tánxúc tiến tăng lên khi sự chênh lệch nồng độ chất dinh dưỡng giữa trong và ngoài tế bào tănglên. Khi nồng độ các chất dinh dưỡng tương đối thấp thì khuôn kh ổ tăng lên cao hơn so vớiphương thức khuếch tán bị động. Lúc gradient nồng độ đạt tới một trị số nhất định thì dẫnđến hiệu ứng bão hòa. Sự tham gia của Permease đã làm dẫn đến hiệu ứng bão hòa (hình13.7) Đáng chú ý là, lúc permease bị bão hòa, sự khuếch tán xúc tiến không tăng lên do sựtăng mức chênh lệch chất dinh d ưỡng trong và ngoài tế bào. Quan hệ giữa tốc độ khuếch tánxúc tiến và gradient nồng độ chất dinh dưỡng tưong tự như mối quan hệ giữa enzyme và cơchất, và khác hẳn với đ ường biểu diễn thẳng phản ánh sự khuếch tán bị động. Ngoài ra sựgiống nhau giữa permease và enzyme còn ở chỗ có tính chuyên nhất đối với chất vậnchuyển, mỗi loại permease chỉ có thể vận chuyển một cách chọn lọc đối với một số chấttương thích. Dù có sự tham gia của permease nhưng khuếch tán xúc tiến vẫn đúng làphương thức vận chuyển khuếch tán. Việc vận chuyển vẫn phải dựa vào sự chênh lệch nồngđộ chất dinh dưỡng giữa trong và ngoài màng. Khi mất đi sự chênh lệch nồng độ sự vậnchuyển sẽ dừng lại. Quá trình này không cần tới năng lượng trao đổi chất (metabolicenergy) của tế bào. Gradient nồng độ có thể duy trì khi tế bào chuyển biến chất dinh dưỡngđược vận chuyển thành một hợp chất khác hoặc chuyển chất dinh dưỡng đó tới một vị tríkhác của màng (ở sinh vật có nhân thật). Thật thú vị khi thấy một số permease này liên quanđến protein chủ chốt của thấu kính mắt ở động vật có vú, đó là các protein thuộc họ MIP.Trong vi khuẩn 2 loại kênh MIP phân bố rộng rãi nhất là aquaporins vận chuyển nước vàglycerol facilitators (các nhân tố xúc tiến glycerol) vận chuyển glycerol. Mặc dầu đã có rất nhiều nghiên cứu đối với cơ chế khuếch tán xúc tiến nhưng quá trìnhnày vẫ ...